一個(gè)“異端邪說(shuō)”是如何一步步走到聚光燈下？
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撰文 | 黃宇翔
責(zé)編 | 葉水送
問(wèn)細(xì)胞核內(nèi)，誰(shuí)主沉浮？
1962年，一篇發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）的論文吸引了洛克菲勒大學(xué)教授Vincent Allfrey的注意力。
加州理工學(xué)院James Bonner實(shí)驗(yàn)室的黃周汝吉從豌豆種子的胚軸純化出DNA、組蛋白以及RNA聚合酶的粗提物，在試管中證明組蛋白的加入會(huì)顯著降低DNA的轉(zhuǎn)錄速率，從而得出組蛋白抑制RNA合成的結(jié)論。[1]（黃周汝吉分離出的DNA和組蛋白相對(duì)純凈，但RNA聚合酶僅僅是粗提物。RNA聚合酶的真正純化是由生化學(xué)家Robert Roeder在1969完成的。）
Allfrey圍繞組蛋白對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)已經(jīng)開(kāi)展了多年的研究，同行新得出的證據(jù)令他感到十分振奮。
與此同時(shí)，倫敦癌癥研究所（Institute of Cancer Research）的英國(guó)科學(xué)家D.M.P. Philips在長(zhǎng)期研究小牛胸腺細(xì)胞組蛋白氨基酸組成的探索過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)組蛋白的N端豐富的賴氨酸和精氨酸區(qū)域存在豐富的乙?；鶊F(tuán)——一種由二碳單位組成的官能團(tuán)修飾。[2]（Allfrey精確地測(cè)算了每個(gè)核小體中乙?；鶊F(tuán)的數(shù)目，甚至還在七十年代發(fā)現(xiàn)一種有機(jī)酸可以抑制去乙?；倪^(guò)程——這表明組蛋白的乙酰化修飾可能被精確調(diào)控，并且該平衡可能具有重要生物學(xué)意義。但受限于技術(shù)的限制，Allfrey既不能證明組蛋白乙?；揎棇?duì)于細(xì)胞有影響，也沒(méi)能鑒定出添加、去除組蛋白乙酰化修飾的酶，這兩項(xiàng)工作分別由后世的Grunstein、Allis、Stuart Schreiber等人接力完成。）
這不禁引發(fā)了Allfrey的思考：這些乙?；鶊F(tuán)的修飾可能具有哪些功能呢？
為了回答這個(gè)疑問(wèn)，Allfrey做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他向小牛胸腺的核提取物中加入組蛋白，和他以前的觀察一致，核提取物中RNA轉(zhuǎn)錄的速率被顯著抑制。但如果在提取組蛋白之前先用醋酸處理獲得具有豐富乙酰化修飾的組蛋白 ，神奇的一幕發(fā)生了：乙酰化的組蛋白對(duì)核提取物的轉(zhuǎn)錄抑制效果輕微了許多。
“組蛋白修飾可能是一種激活/抑制RNA合成的調(diào)節(jié)機(jī)制?！盇llfrey在發(fā)表這一實(shí)驗(yàn)的討論部分謹(jǐn)慎地寫(xiě)道。[3]
Allfrey基于化學(xué)原理進(jìn)行分析，認(rèn)為帶有正電性的組蛋白之所以能抑制轉(zhuǎn)錄，很可能是因?yàn)榻Y(jié)合了帶有負(fù)電的DNA分子，進(jìn)而阻礙RNA聚合酶對(duì)DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄；而乙?；鶊F(tuán)的添加恰恰抵消了組蛋白上的正電荷，因此降低了組蛋白與DNA的結(jié)合，從而消除了其對(duì)轉(zhuǎn)錄的抑制效果。
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在接下來(lái)的十幾年里，Allfrey和他的學(xué)生們?cè)噲D為這一假說(shuō)尋找具有生理學(xué)意義的證據(jù)：他們?cè)隈R血、鼠肝和果蠅的唾液腺中都觀察到了隨組蛋白乙?；潭壬?span style="letter-spacing: 1px;">DNA轉(zhuǎn)錄速率升高的現(xiàn)象。[4-6]
但這些結(jié)果都只能說(shuō)明組蛋白乙酰化與DNA轉(zhuǎn)錄有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，并不能從中推導(dǎo)出兩者在因果上存在直接的相互作用。
因此，盡管Allfrey苦苦堅(jiān)持，不斷增添著定量、描述性的證據(jù)，組蛋白乙?；瘺Q定轉(zhuǎn)錄活性的觀點(diǎn)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里在主流的分子生物學(xué)家眼中都只是個(gè)“異端邪說(shuō)”。
七十年代，研究者通過(guò)電鏡看到了組蛋白和DNA的結(jié)合：DNA就像一條項(xiàng)鏈一樣纏繞在組蛋白上，Roger Kornberg將這一結(jié)構(gòu)命名為“核小體”（nucleosome）。[9,10]
對(duì)于一名七十年代的生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，組蛋白僅僅是用來(lái)將DNA纏繞濃縮、裝進(jìn)細(xì)胞核內(nèi)的“集裝箱”，沒(méi)有太多值得去研究的意義。相比于染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶才是聚光燈下的真正主角。
對(duì)基因調(diào)控感興趣的研究者們對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子、RNA聚合酶的研究趨之若鶩，而組蛋白的門前卻無(wú)人問(wèn)津。
七十年代末，幾乎沒(méi)有人注意到，一位名叫Michael Grunstein的年輕人悄無(wú)聲息地踏入了組蛋白這片近乎荒蕪的科學(xué)大陸。
在愛(ài)丁堡大學(xué)讀博期間，Grunstein在Max Birnstiel教授的指導(dǎo)下圍繞核糖體基因功能展開(kāi)研究，對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生了濃厚興趣，于是在博士畢業(yè)以后來(lái)到美國(guó)斯坦福大學(xué)，在Laurence Kedes實(shí)驗(yàn)室研究組蛋白的合成。
盡管組蛋白不被基因調(diào)控的研究者看好，但對(duì)于研究蛋白合成來(lái)說(shuō)卻是個(gè)不錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象：Kedes教授基于海膽卵在發(fā)育過(guò)程中會(huì)大量合成組蛋白的特性，通過(guò)研究不同亞型組蛋白mRNA與蛋白質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為中心法則提供了新的例證。[11]
1975年，Grunstein受聘為加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）助理教授，目標(biāo)通過(guò)海膽卵研究發(fā)育過(guò)程中不同亞型組蛋白各自的調(diào)控機(jī)制。[12]
隨著研究的開(kāi)展，海膽卵系統(tǒng)的不足逐漸凸顯出來(lái)：海膽卵細(xì)胞中多達(dá)上百份的組蛋白編碼基因拷貝固然為組蛋白的純化提供了便利，但要想從機(jī)制上論證不同亞型組蛋白對(duì)細(xì)胞功能的影響，就顯得捉襟見(jiàn)肘了。
Grunstein面臨著和Allfrey相似的困境：如何才能從功能上研究組蛋白的作用呢？
1979年，一場(chǎng)由厄爾尼諾現(xiàn)象帶來(lái)的風(fēng)暴，徹底打亂了Grunstein原本的研究計(jì)劃。
氣候變化導(dǎo)致太平洋海域的無(wú)機(jī)鹽成分減少，近海的海膽數(shù)量因此驟降。巧婦難為無(wú)米之炊，他不得不轉(zhuǎn)向其他的實(shí)驗(yàn)材料。[13]
1978年發(fā)表的一篇PNAS論文吸引了他的注意力：康奈爾大學(xué)的Gerald Fink團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)向酵母細(xì)胞轉(zhuǎn)入外源的DNA，并且能利用酵母細(xì)胞內(nèi)部的同源重組機(jī)制實(shí)現(xiàn)基因的靶向敲除。[14]
與此同時(shí)，布蘭迪斯大學(xué)的Lynna Hereford和弗吉尼亞大學(xué)的Mitchell Smith先后確定酵母細(xì)胞中4種常見(jiàn)組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）各含有兩個(gè)拷貝。[15]
有沒(méi)有可能在酵母中敲除特定的組蛋白亞型的兩條拷貝，觀察對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、基因表達(dá)的影響呢？Grunstein立刻報(bào)名參加了由Gerald Fink組織的酵母遺傳學(xué)培訓(xùn)課程，從零開(kāi)始學(xué)習(xí)酵母的實(shí)驗(yàn)操作方法。實(shí)驗(yàn)室的研究生John Wallis和Mary Rykowski率先對(duì)組蛋白H2B進(jìn)行分析，確認(rèn)酵母中的兩份H2B拷貝（H2B-1和H2B-2）序列同源、功能互補(bǔ)，任何一個(gè)存在都能支持酵母的正常生長(zhǎng)。[16,17]
在接下來(lái)的幾年里，Grunstein的團(tuán)隊(duì)穩(wěn)扎穩(wěn)打，利用酵母遺傳學(xué)手段對(duì)組蛋白的各個(gè)亞型逐個(gè)進(jìn)行分析，終于由來(lái)自中國(guó)的留學(xué)生韓珉完成臨門一腳，在敲除組蛋白H4后發(fā)現(xiàn)了RNA轉(zhuǎn)錄的顯著上調(diào)，一舉回答了那個(gè)困擾Allfrey幾十年的懸案。[18]
組蛋白在體內(nèi)的確會(huì)抑制基因的表達(dá)！并且韓珉等人還發(fā)現(xiàn)，組蛋白H4的N端富含賴氨酸的片段在各物種間都極為保守，選擇性地敲除這一片段不會(huì)影響酵母的生長(zhǎng)，但特定基因的表達(dá)調(diào)控會(huì)被破壞。[19]
這不正是Allfrey在他模型中所設(shè)想的情景嗎？
很遺憾，在科學(xué)界，對(duì)于一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)，并不是所有人都能立刻意識(shí)到其背后蘊(yùn)藏的深刻意義。
真理有時(shí)掌握在少數(shù)人手中。
有時(shí)候，在天將降大任于少數(shù)人時(shí)，他們需要為自己的堅(jiān)持隱忍多年，甚至還可能會(huì)為此丟掉飯碗。
David Allis對(duì)此想必深有體會(huì)。
1988年，Grunstein實(shí)驗(yàn)室發(fā)表選擇性移除H4組蛋白N端片段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，大多數(shù)人注意到的是對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)沒(méi)有影響，而非基因轉(zhuǎn)錄活性的升高。
移除了組蛋白中發(fā)生乙酰化的成分，酵母還能生長(zhǎng)得欣欣向榮，不正說(shuō)明組蛋白的乙?；揎棇?duì)細(xì)胞功能沒(méi)什么重要的影響嗎？
貝勒醫(yī)學(xué)院生化系的系主任Salih Wakil至少是這么想的。
因此他對(duì)于系里那名叫Allis的年輕人對(duì)純化組蛋白乙酰化酶的執(zhí)著感到難以理解。
Allis博士期間在印第安納大學(xué)Anthony Mahowald實(shí)驗(yàn)室研究果蠅的發(fā)育問(wèn)題。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，讓他與染色質(zhì)和組蛋白結(jié)緣。
在一門研究生文獻(xiàn)討論課程上，Allis被安排向同學(xué)們介紹近期Pierre Chambon教授利用電鏡觀察核小體結(jié)構(gòu)的論文。在準(zhǔn)備報(bào)告的過(guò)程中，他讀到了Allfrey圍繞組蛋白乙酰化所提出的模型。如果能找到特定添加、去除組蛋白乙?；拿妇秃昧?。他心中暗暗感嘆。
在文獻(xiàn)討論的過(guò)程中，Allis激情澎湃地向老師同學(xué)們講述組蛋白乙酰化修飾背后可能蘊(yùn)藏的重要調(diào)控機(jī)制——但大家對(duì)此都無(wú)動(dòng)于衷：在1975年，既沒(méi)有證據(jù)支持組蛋白在體內(nèi)對(duì)細(xì)胞功能必要，也沒(méi)有多少人相信組蛋白的乙?；揎検墙?jīng)過(guò)嚴(yán)格調(diào)控的結(jié)果。[20]
但一旦認(rèn)定染色質(zhì)絕沒(méi)有人們想象得那么簡(jiǎn)單，Allis就下定決心，將揭示組蛋白對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用看作是值得自己投入精力去探索的科學(xué)問(wèn)題。
可當(dāng)他在1978年博士畢業(yè)的時(shí)候，找了一圈下來(lái)卻失望地發(fā)現(xiàn)：當(dāng)時(shí)以果蠅為模式生物的實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有興趣去研究染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，而研究染色質(zhì)、核小體的實(shí)驗(yàn)室又以他經(jīng)驗(yàn)不足為理由將他拒之門外。
就在Allis為找博后過(guò)程中所遇到的挫折感到郁悶的時(shí)候，Anthony Mahowald實(shí)驗(yàn)室一位名叫Kathy Karrer的博后師姐為他提供了一條建議。
“我聽(tīng)說(shuō)羅徹斯特大學(xué)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在用四膜蟲(chóng)研究組蛋白的功能，沒(méi)準(zhǔn)你可以去試試看?！?/span>
四膜蟲(chóng)？那是什么生物？他從沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)有人用這種生物做研究，甚至連“四膜蟲(chóng)”（Tetrahymena）這個(gè)單詞也是頭一回聽(tīng)說(shuō)。
經(jīng)過(guò)認(rèn)真的調(diào)研，Allis不僅搞清楚了四膜蟲(chóng)這個(gè)單詞的拼寫(xiě)，而且了解到這種長(zhǎng)有很多纖毛的單細(xì)胞真核生物確實(shí)十分有趣：四膜蟲(chóng)包含有兩個(gè)細(xì)胞核，其中較大的稱作“營(yíng)養(yǎng)核”，能夠合成大量四膜蟲(chóng)生活所需的蛋白質(zhì)，而較小的稱作“生殖核”，相對(duì)沒(méi)那么活躍。
Martin Gorovsky團(tuán)隊(duì)在將四膜蟲(chóng)的兩種核進(jìn)行純化后，發(fā)現(xiàn)其中的組蛋白組成存在著比較大的差異：其中轉(zhuǎn)錄活躍的營(yíng)養(yǎng)核富含高度乙酰化的組蛋白，而轉(zhuǎn)錄相對(duì)沉默的生殖核則乙?；潭容^低。[21,22]
四膜蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)核中組蛋白乙?；潭冗@么高，應(yīng)該不乏乙?；傅拇嬖诎?？——Allis在心中盤算著從四膜蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)核中純化出組蛋白乙?；傅目尚行?。
來(lái)到羅徹斯特之后，Allis通過(guò)二維電泳的方法對(duì)四膜蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)核與生殖核中不同亞型的組蛋白進(jìn)行鑒別，并且進(jìn)一步確定了營(yíng)養(yǎng)核中組蛋白豐富的乙酰化修飾，堅(jiān)定了從營(yíng)養(yǎng)核中分離組蛋白乙?；傅男拍睢?/span>[23-25]
1981年，Allis來(lái)到位于休斯頓的貝勒醫(yī)學(xué)院生化系，一心想要從四膜蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)核中分離出的乙?；竵?lái)。
七年的時(shí)光準(zhǔn)瞬即逝，冷室中日夜的純化工作讓Allis 從上百升四膜蟲(chóng)培養(yǎng)液中終于得到了在體外能具有乙?；富畹慕M分。但這些酶的含量對(duì)于基因克隆來(lái)說(shuō)還是太少了，即使是在檢測(cè)蛋白最靈敏的銀染蛋白膠上，那個(gè)“理應(yīng)就在那里”的組蛋白乙?；敢廊昏脽o(wú)蹤跡。
系主任Salih Wakil對(duì)他的耐心正逐步消退。
1988年，Grunstein實(shí)驗(yàn)室新鮮出爐的論文終于成了壓垮駱駝的最后一根稻草：盡管Grunstein實(shí)際上揭示了組蛋白乙?；瘜?duì)于轉(zhuǎn)錄的重要意義，可多數(shù)同行的目光依然停留在了H4組蛋白N端移除的酵母仍然可以健康生長(zhǎng)的表型，認(rèn)為組蛋白乙?；痪哂兄匾纳飳W(xué)意義，對(duì)于Allis孜孜不倦尋找組蛋白乙?；傅呐︵椭员?。
因此在終身教職的同行評(píng)議中，Allis不幸掛掉了。
貝勒醫(yī)學(xué)院已經(jīng)容不下Allis繼續(xù)做他“沒(méi)有前途”的乙?；讣兓芯苛?，他只得卷鋪蓋走人，投奔到雪城大學(xué)（Syracuse University）的門下安身。
失去貝勒醫(yī)學(xué)院的職位，并不能擊垮Allis的意志。不成功就成仁，他已經(jīng)下定決心要與組蛋白乙?；杆揽牡降住?/span>
James Brownell的加入成了扭轉(zhuǎn)乾坤的關(guān)鍵。
如何才能讓含量極微的組蛋白乙?；革@露蹤跡呢？
需要放大信號(hào)。
之所以他們能在反應(yīng)中檢測(cè)到組蛋白乙?；傅纳钚?，關(guān)鍵還是在于一個(gè)組蛋白乙?；改茉趲酌胫畠?nèi)對(duì)成百上千的底物進(jìn)行乙?；揎?。
那在蛋白分離膠上，能否也實(shí)現(xiàn)一步信號(hào)的放大呢？
來(lái)自磷酸化修飾領(lǐng)域研究者的創(chuàng)意給Brownell帶來(lái)了靈感：在不久前一項(xiàng)關(guān)于磷酸化修飾的研究中，研究者在膠中加入了特定激酶的反應(yīng)底物，然后在激酶提取物通過(guò)電泳被分離開(kāi)后向其中加入32P同位素標(biāo)記的ATP分子，如此一來(lái)，盡管底物會(huì)布滿整張凝膠，但只有在激酶集中的條帶上磷酸化修飾才能發(fā)生，因此在洗掉ATP之后，放射性顯影下呈現(xiàn)出同位素信號(hào)的區(qū)域就是激酶集中的位置。[26]
顯影照相記錄的信號(hào)來(lái)自被磷酸化修飾的底物，但始作俑者卻是激酶。磷酸化修飾和乙酰化修飾，本質(zhì)上都是小的化學(xué)基團(tuán)通過(guò)共價(jià)鍵連接在蛋白上。
Brownell打算照葫蘆畫(huà)瓢，看看能不能通過(guò)這種方式在蛋白膠上定位到乙酰化酶。
這一次，200升四膜蟲(chóng)培養(yǎng)液中純化出的蛋白沒(méi)有讓他們失望：放射性顯影的照片上，55kDa分子量位置出現(xiàn)了一道清晰的條帶。
四膜蟲(chóng)的乙酰化酶分子量是55kDa！[27]
有了分子量這個(gè)線索，Brownell純化出了更加濃縮的p55蛋白——第一個(gè)乙酰化酶的克隆指日可待了！
此時(shí)，羅徹斯特大學(xué)向Allis拋出了橄欖枝，為他提供了更充足的科研資源。Brownell學(xué)籍仍然保留在雪城，人隨導(dǎo)師一起搬到羅徹斯特，而精神上則愈發(fā)接近克隆出乙?；?。
終于，第一個(gè)乙?；富虻耐暾蛄性贐rownell和Allis面前降臨。有趣的是，基于序列的同源性， Brownell發(fā)現(xiàn)其實(shí)研究者此前已經(jīng)克隆出過(guò)酵母中p55的同源基因Gcn5。而Gcn5作為轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因表達(dá)的激活作用完美印證了Allfrey當(dāng)年對(duì)于組蛋白乙?；δ艿念A(yù)測(cè)。[28]
Allis克隆乙?；傅恼撐陌l(fā)表一個(gè)月后，哈佛大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家Stuart Schreiber循著天然的去乙?；敢种苿┣苟舅?/span>（Trapoxin）留下的線索，克隆出了第一個(gè)去乙?；窰D1，發(fā)現(xiàn)其在酵母中的同源基因正是轉(zhuǎn)錄抑制因子Rpd3。[29]
此時(shí)，科學(xué)群體中的多數(shù)人才如夢(mèng)方醒一般，終于意識(shí)到組蛋白乙酰化修飾的重要意義。
以組蛋白修飾為代表的表觀遺傳學(xué)研究爆發(fā)出耀眼的光芒，吸引著那些當(dāng)初嘲笑過(guò)Allis的人們紛紛跟風(fēng)加入尋寶大隊(duì)。
表觀遺傳研究，一躍成了最為熱門的領(lǐng)域。
隨著越來(lái)越多的研究者加入表觀遺傳研究的隊(duì)伍，人們很快發(fā)現(xiàn)，組蛋白的異常修飾在癌癥發(fā)生過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的作用，靶向組蛋白乙酰化修飾的藥物如今也紛紛已經(jīng)獲批上市造福病人。[30]
Michael Grunstein（左），David Allis（右）
2018年，Grunstein和Allis憑借他們對(duì)組蛋白研究開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)獲得了拉斯克獎(jiǎng)。（另一位應(yīng)當(dāng)被銘記的科學(xué)家是Alan Wolffe（1959-2001），他在九十年代染色質(zhì)研究被看作冷門時(shí)堅(jiān)持推進(jìn)染色質(zhì)領(lǐng)域的研究，并且努力呼吁人們重視染色質(zhì)在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的功能。另一位表觀遺傳領(lǐng)域的領(lǐng)軍科學(xué)家Danny Reinberg，是在Allis開(kāi)創(chuàng)出一片表觀遺傳天地之后才一騎當(dāng)先，從對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的癡迷轉(zhuǎn)向?qū)M蛋白的偏愛(ài)，做出了一系列非常精彩的工作，笑傲群雄。）
隨著領(lǐng)域的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)在組蛋白的乙?；浮⑷ヒ阴；覆粌H僅局限于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，也能觀察到可觀的參與乙?；揎椃肿訖C(jī)器的存在。[31-33]
乙酰化在細(xì)胞中有沒(méi)有可能是一種非常普遍存在的化學(xué)修飾呢？劍橋大學(xué)的Tony Kouzarides教授在2000年撰寫(xiě)的一篇綜述中提出了這樣一個(gè)問(wèn)題。[34]
但組蛋白乙?；揎椷@片已經(jīng)發(fā)掘出的金礦實(shí)在太熱門了，急于在其中撈金的多數(shù)人暫時(shí)對(duì)此無(wú)暇顧及。
這時(shí)三個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控領(lǐng)域的門外漢忽然闖了進(jìn)來(lái)，繞開(kāi)擁擠的人群，從眾人忽視的角落中悄悄取下了最為珍貴的一塊寶石。
這三位昔日曾為同窗，卻又各懷絕技：一位精通信號(hào)通路，一位成名于細(xì)胞周期調(diào)控、不久前剛剛在蛋白降解領(lǐng)域闖出了名堂，而另一位則是專長(zhǎng)微生物遺傳學(xué)方法的高手。
細(xì)胞核外，原來(lái)姹紫嫣紅開(kāi)遍
2004年初，看著學(xué)生展示的免疫印跡數(shù)據(jù)，管坤良吃驚地說(shuō)不出話來(lái)。
用靶向乙?；鶊F(tuán)的抗體與細(xì)胞的不同組分進(jìn)行孵育后，細(xì)胞核內(nèi)檢測(cè)到的乙?；揎椥盘?hào)很強(qiáng)。這在情理之中，因?yàn)榧?xì)胞核里有組蛋白，組蛋白上有豐富的乙?；揎棥５诩?xì)胞質(zhì)基質(zhì)的組分中，乙?；揎椀男盘?hào)也不弱。
這就奇怪了，因?yàn)檎Ｇ闆r下細(xì)胞核內(nèi)的組蛋白的都不敢越雷池一步。也許信號(hào)來(lái)自于微管蛋白？——微管蛋白中存在乙酰化修飾，但功能一直不清?；蛟S還有可能是其他未知的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)蛋白存在乙酰化修飾？
這個(gè)問(wèn)題和他目前聚焦的信號(hào)通路課題關(guān)系不大，因此管坤良沒(méi)有過(guò)分糾結(jié)于這個(gè)意外的觀察。但由這張膠圖引發(fā)的問(wèn)題卻留在了他的腦子里。
兩年的時(shí)間過(guò)去了，管坤良和同一屆考上CUSEBA項(xiàng)目的老同學(xué)熊躍決定攜手回國(guó)，兼職在復(fù)旦建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)室為國(guó)內(nèi)培養(yǎng)出更多的科研人才。
兩個(gè)人約定，要在新地方爭(zhēng)取開(kāi)創(chuàng)出一片新領(lǐng)域來(lái)，各自美國(guó)實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)展的課題都絕不延伸到復(fù)旦MCB實(shí)驗(yàn)室來(lái)。
熊躍和管坤良
兩個(gè)人頭腦風(fēng)暴，希望能想出一個(gè)能發(fā)揮出各自專長(zhǎng)的科學(xué)問(wèn)題。想跳出思維的框架來(lái)，可沒(méi)那么容易。
就在兩個(gè)人思維雙雙陷入停滯之時(shí)，兩年前的那張免疫印跡照片忽然間跳入了管坤良的腦海中。
此時(shí)，復(fù)旦大學(xué)剛剛建立了獨(dú)立的蛋白質(zhì)組學(xué)質(zhì)譜平臺(tái)，他們心想不如碰碰運(yùn)氣，看看能不能通過(guò)組學(xué)的手段找出一兩個(gè)發(fā)生乙酰化修飾的新靶點(diǎn)來(lái)吧！
質(zhì)譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓兩人吃了一驚。
每一個(gè)參與代謝反應(yīng)的酶上，幾乎都能檢測(cè)到乙?；揎椀男盘?hào)。究竟是真正的科學(xué)突破，還是檢測(cè)方法帶來(lái)的假象？
從質(zhì)譜的數(shù)據(jù)中展現(xiàn)的蛋白清單中，兩人挑了幾個(gè)進(jìn)行檢驗(yàn)?？磥?lái)信號(hào)是真的，而且乙?；揎椀挠袩o(wú)真的會(huì)影響蛋白的活性。
老同學(xué)趙國(guó)屏聽(tīng)說(shuō)了他們的發(fā)現(xiàn)，利用遺傳學(xué)工具進(jìn)行檢驗(yàn)。敲掉沙門氏菌的乙酰化酶，細(xì)菌的代謝竟會(huì)大幅改變?？磥?lái)乙?；揎椀墓δ鼙磺叭舜蟠蟮凸懒恕?/span>
整理著數(shù)據(jù)，正準(zhǔn)備投稿，忽然發(fā)現(xiàn)一篇新鮮出爐的論文，也把乙?；揎椀膹V泛存在報(bào)道。[35,36]難道被慘遭搶發(fā)？不免倒吸一口涼氣。細(xì)看同行的數(shù)據(jù)，才算松下一口長(zhǎng)氣。他們的論文發(fā)現(xiàn)了更多的靶點(diǎn)，而且做了更充分的驗(yàn)證。
經(jīng)過(guò)半年審稿，總算成功發(fā)表。[37,38] 2010年管坤良、熊躍和趙國(guó)屏聯(lián)手發(fā)表的兩篇論文，向人們揭示了細(xì)胞中乙酰化修飾存在的廣泛性，為十年以前Tony Kouzarides提出的問(wèn)題給出了肯定的回答。
乙?；揎椪缌姿峄粯樱羌?xì)胞中一種廣泛存在的共價(jià)修飾。在接下來(lái)的十年時(shí)間里，以復(fù)旦腫瘤醫(yī)院雷群英團(tuán)隊(duì)為代表的許多研究，報(bào)道了更多乙?；揎椪{(diào)節(jié)代謝酶活性和穩(wěn)定性例子，進(jìn)一步確立了非核蛋白乙酰化的意義。[39-44]相關(guān)研究發(fā)表在Cancer Cell、Molecular Cel、J.Clin.Invest.等雜志上。雷群英也曾多次受冷泉港、美國(guó)癌癥年會(huì)等國(guó)內(nèi)外的會(huì)議邀請(qǐng)作報(bào)告，推動(dòng)了腫瘤代謝學(xué)科發(fā)展。
發(fā)現(xiàn)這些新的修飾、新的調(diào)節(jié)機(jī)制有什么用呢？
我們來(lái)舉雷群英團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的其中一個(gè)例子來(lái)看看：癌細(xì)胞比人體正常的組織細(xì)胞更耐酸，并且能通過(guò)積累、分泌乳酸來(lái)抑制組織細(xì)胞的生長(zhǎng)。此前人們發(fā)現(xiàn)胰腺癌細(xì)胞之所以能產(chǎn)生更多的乳酸，和一個(gè)名為乳酸脫氫酶表達(dá)量升高密不可分，但對(duì)于究竟為什么胰腺癌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生這么多的乳酸脫氫酶一直都是個(gè)謎團(tuán)。
雷群英團(tuán)隊(duì)在2013年發(fā)現(xiàn)，乳酸脫氫酶上第五個(gè)氨基酸（記作K5）的乙?；揎椇芸赡苁菦Q定乳酸脫氫酶在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定性的重要調(diào)節(jié)機(jī)制——乳酸脫氫酶一旦在K5位置被添加了乙?；鶊F(tuán)，就仿佛得到了一張“免死金牌”，變得不那么容易被細(xì)胞降解掉了，因此乳酸脫氫酶K5位點(diǎn)的乙酰化修飾有可能是胰腺癌細(xì)胞早期癌變過(guò)程中的一個(gè)主要特點(diǎn)。[39]
如果我們能在體檢的過(guò)程中檢查乳酸脫氫酶K5位點(diǎn)的乙?；揎?，是否可能在胰腺癌發(fā)生癌變的早期提前“感知到”潛在的危險(xiǎn)，進(jìn)而通過(guò)預(yù)防和治療避免病情的惡化呢？這便是這一發(fā)現(xiàn)潛在的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。
為什么早期乙?；难芯空邥?huì)將精力集中在組蛋白中，而沒(méi)能發(fā)現(xiàn)乙?；揎椄鼮閺V泛的存在呢？檢測(cè)手段有局限。Allfrey在60年代研究乙?；揎棔r(shí)，手中并沒(méi)有能靶向乙酰集團(tuán)的抗體——他需要依靠整合進(jìn)組蛋白的同位素來(lái)推測(cè)組蛋白是否發(fā)生了乙?；揎?；此外，也離不開(kāi)管坤良勤于思考：也許在他之前也有人觀察到了細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的乙酰化修飾信號(hào)，但沒(méi)有深究，于是錯(cuò)失了打開(kāi)一片新領(lǐng)域的機(jī)會(huì)。
熊躍和管坤良能在很短時(shí)間內(nèi)揭示這一重要現(xiàn)象，另一個(gè)不容忽視的因素就是質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展：得力于物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，如今的質(zhì)譜儀器能做到“明察秋毫”，也由此揭示出細(xì)胞中許多前人未曾發(fā)現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
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